阅读说明：本技术 一种不锈钢材料的复合钝化方法 ([db:专利名称-en]) 是由 王朝琳 苏剑英 宋斌 隋金江 毛英坤 杨雄飞 于 2019-10-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种不锈钢材料的复合钝化方法,所述方法包括有机溶剂除油、碱除油、酸洗、碱脱氧、钝化、中和、风干和补充处理工序。其中补充处理工序为首先采用金属化学转化液与去离子水的混合液对风干后的工件进行浸泡,然后将浸泡之后的工件进行干燥；浸泡时,混合液温度为10～35℃,浸泡时间为1～1.5min,所述混合液的PH值为11.1～12.6,所述干燥温度为80～120℃、干燥时间为15～50min；对工件进行补充处理,用于对工件的表面钝化层进行再次氧化和封孔处理,提高钝化层的致密性。([db:摘要-en])

一种不锈钢材料的复合钝化方法

技术领域

本发明属于不锈钢材料的表面处理领域，涉及对不锈钢材料表面钝化处理的方法。

背景技术

不锈钢材料零件若无电镀或其他涂层要求，一般都应在酸洗去黑皮、抛光等预处理后经过钝化处理，才能做为成品使用或装配成部件。不锈钢钝化处理能够使材料表面保持长久稳定的钝态，提高耐蚀性能。

为满足飞机在恶劣环境下服役的要求，某型号直升机环境试验对不锈钢材料零件提出了湿热、盐雾试验等要求。按照GJB150A-2009军用装备实验室环境试验方法第9部分进行湿热试验，在设定温度与湿度的试验箱内进行10个周期(264h)的湿热试验后，试件表面不出现锈蚀；盐雾试验要求按GJB150A-2009 《军用装备实验室环境试验方法第11部分：盐雾试验》，进行共计96h的干、湿交替盐雾试验，试件表面不出现锈蚀；按照ASTM B-117(实验室盐雾试验方法)，24h试件无锈蚀，无湿热试验要求；HB5292不锈钢酸洗钝化质量检验中，耐蚀性试验只能进行24h氯化钠盐水浸渍试验，无湿热试验要求。

现有不锈钢钝化处理技术无法满足不锈钢材料零件在海洋等恶劣环境下的耐蚀性、耐湿热性能要求。为满足环境试验要求，提高不锈钢耐湿热、盐雾性能，对现有不锈钢钝化工艺进行改进。

发明内容

本发明的目的是提出一种不锈钢材料的复合钝化方法，提高不锈钢材料零件的耐蚀性、耐湿热性能。

本发明的技术方案是，一种不锈钢材料的复合钝化方法，所述方法包括有机溶剂除油、碱除油、酸洗、碱脱氧、钝化、中和、风干和补充处理工序；

有机溶剂除油：采用有机溶剂蒸汽除油或有机溶剂擦拭除油，去除待钝化工件表面的油污；

碱除油：采用碱溶液对待钝化工件进行清洗，所述碱溶液包括无水碳酸钠、无水磷酸钠、硅酸钠和表面活性剂；

吹砂或酸洗或碱脱氧中的至少一种处理工序，其中，吹砂处理，为采用水力吹砂或玻璃微球吹砂对待钝化工件的表面进行处理，用于去除工件表面的氧化膜；酸洗处理，为若待钝化工件为奥氏体不锈钢材料时，采用氟硝酸溶液对待钝化工件进行清洗，所述氟硝酸溶液包括硝酸和氟化钠；碱脱氧处理，为若待钝化工件为马氏体或铁素体不锈钢材料时，采用氢氧化钠-葡庚糖酸钠溶液对待钝化工件进行脱氧；

钝化：采用硝酸溶液对待钝化工件表面进行钝化，在工件表面形成钝化层；

中和：采用碳酸钠溶液对钝化后的工件表面进行清洗，以中和残留的酸溶液；

风干：采用气体吹拂，去除中和清洗后的工件表面残存的溶液；

补充处理：首先采用金属化学转化液与去离子水的混合液对风干后的工件进行浸泡，然后将浸泡之后的工件进行干燥；浸泡时，混合液温度为10～35℃，浸泡时间为1～1.5min，所述混合液的PH值为11.1～12.6，所述干燥温度为80～ 120℃、干燥时间为15～50min；对工件进行补充处理，用于对工件的表面钝化层进行再次氧化和封孔处理，提高钝化层的致密性。

进一步地，在有机溶剂除油之前，所述复合钝化方法还包括，去除待钝化工件表面的氧化膜；所述钝化工件的表面无毛刺、裂纹或划伤。

进一步地，采用有机溶剂蒸汽除油时，有机溶剂为三氯乙烯。

进一步地，在所述碱除油之后，所述复合钝化方法还包括对碱除油工序后的待钝化工件表面进行水膜连续性检测，工件表面形成连续水膜30S不破裂为除油合格，否则重新碱除油。

进一步地，所述氢氧化钠-葡庚糖酸钠溶液包括氢氧化钠、葡庚糖酸钠和去离子水；碱脱氧时所述氢氧化钠-葡庚糖酸钠溶液的温度为75～85℃。

进一步地，采用体积比为1:1硝酸与去离子水，配制硝酸溶液；所述钝化温度为20～25℃、所述钝化时间为25～30min。

进一步地，在对工件进行补充处理之前、风干之后，所述复合钝化方法还包括除氢，将工件在190℃±10℃温度下除氢，除氢时间t≥3h。

进一步地，中和工序时，采用碳酸钠与去离子水混合配制碳酸钠溶液，所述碳酸钠溶液的浓度为20～50g/l。

进一步地，所述复合钝化方法还包括，在有机溶剂除油、碱除油、酸洗、碱脱氧、钝化和中和工序，每一工序完成后，均采用流动冷却水或去离子水对工件进行清洗；在中和和补充处理工序完成后，均采用去离子水对工件进行清洗。

本发明的技术效果：

本发明对不锈钢材料表面钝化处理方法进行改进，增加中和处理和补充处理工序，用于对工件的表面钝化层进行再次氧化和封孔处理，提高钝化层的致密性，以提高不锈钢材料零件的耐环境腐蚀性能。

具体实施方式

本实施例为一种不锈钢材料的复合钝化方法，所述方法包括有机溶剂除油、碱除油、吹砂或酸洗或碱脱氧、钝化、中和、风干和补充处理工序；

有机溶剂除油：采用有机溶剂蒸汽除油或有机溶剂擦拭除油，去除待钝化工件表面的油污。有机溶剂除油用于去除非皂化性油脂。

碱除油：采用碱溶液对待钝化工件进行清洗，所述碱溶液包括无水碳酸钠、无水磷酸钠、硅酸钠和表面活性剂。碱除油主要用于去除可皂化性油脂和部分非皂化性油脂。

吹砂：采用水力吹砂或玻璃微球吹砂对待钝化工件的表面进行处理，用于去除工件表面的氧化膜。

酸洗：若待钝化工件为奥氏体不锈钢材料时，采用氟硝酸溶液对待钝化工件进行清洗，所述氟硝酸溶液包括硝酸和氟化钠。酸洗主要用于去除奥氏体材料工件表面的氧化膜。

碱脱氧：若待钝化工件为马氏体或铁素体不锈钢材料时，采用氢氧化钠- 葡庚糖酸钠溶液对待钝化工件进行脱氧。碱脱氧主要用于去除铁素体或马氏体工件表面的氧化膜。

钝化：采用硝酸溶液对待钝化工件进行钝化，在工件表面形成钝化层；

中和：采用碳酸钠溶液对钝化后的工件表面进行清洗，以中和残留的酸溶液；

风干：采用气体吹拂，去除中和清洗后的工件表面残存的溶液；

补充处理：首先采用金属化学转化液与去离子水的混合液对风干后的工件进行浸泡，然后将浸泡之后的工件进行干燥；浸泡时，混合液温度为10～35℃，浸泡时间为1～1.5min，所述混合液的PH值为11.1～12.6，所述干燥温度为80～ 120℃、干燥时间为15～50min；对工件进行补充处理，用于对工件的表面钝化层进行再次氧化和封孔处理，提高钝化层的致密性。补充处理时对工件进行干燥，提高钝化层的稳定性。混合液的PH值低于11.1，混合液的有效成分由于发生分解，有效成分含量过低，无法进行再次氧化和封孔处理。混合液的PH 值大于12.6，混合液的有效成分过高，所生成的钝化膜易被混合液溶解。

本实施例，对不锈钢材料表面钝化处理方法进行改进，增加中和处理和补充处理步骤，用于对工件的表面钝化层进行再次氧化和封孔处理，提高钝化层的致密性，以提高不锈钢材料零件的耐环境腐蚀性能。

具体地，本实施例，提供一种工艺流程，工序步骤包括：工序前验收—有机溶剂除油—隔离、装挂—碱除油—流动冷水洗—吹砂或酸洗或碱脱氧—流动冷水洗—钝化—流动冷水洗—中和—去离子水洗—风干—除氢—去离子水洗—补充处理—质量检验。在有机溶剂除油、碱除油、酸洗、碱脱氧、钝化和中和工序，每一工序完成后，均采用流动冷却水或去离子水对工件进行清洗；在中和处理工序和补充处理工序完成后，均采用去离子水对工件进行清洗。

本实施例的具体工序介绍如下所述：

1、工序前验收

零件在复合钝化前应完成所有的机械加工、成型、焊接等工序，包括对原材料、热处理、机加工、磁力探伤等工序的检验。

经热处理的零件不允许带有未除尽的残留污物及氧化皮。

零件表面不允许有采用吹砂无法去除的焊料剩余物和熔渣等。

零件表面应无毛刺、裂纹、划伤、压坑和其他机械损伤。

经吹砂的零件不允许有残留的氧化皮。

2、有机溶剂除油

可采用三氯乙烯蒸汽除油或有机溶剂擦拭除油。三氯乙烯蒸汽除油按TY504SC0098执行。也可采用甲乙酮、丙酮等有机溶剂或FSQ-2106A除油剂，对零件表面进行浸泡或手工擦拭去除表面油污。

FSQ-2106A除油剂除油参数及方法如下：

除油剂：水＝1：5～10(体积比)；温度：室温；浸泡时间：5min～10min 或擦拭2～3遍。

手工擦拭方法：采用干净的无毛布或纯棉布蘸取除油剂，将零件表面均匀擦拭，污染后的纯棉布不允许重复使用。

3、隔离、装挂

组合件或有特殊要求的零件进行钝化时，需对非钝化表面及间隙进行隔离保护。

零件与挂具要接触牢固、确保零件表面不产生压印和变形，装卸方便。应尽量避免压空气或滞留溶液。

4、碱除油

采用碱溶液对待钝化工件进行清洗，所述碱溶液包括无水碳酸钠、无水磷酸钠、硅酸钠和表面活性剂。

本实施例的碱溶液的成分及各成分浓度为：无水碳酸钠35g/l～45g/l，硅酸钠0.3g/l～0.5g/l，No 631表面活性剂10ml/l。碱除油的温度为55℃～65℃，时间5min～15min。

其中，No 631表面活性剂的配制方法为：每升No 631表面活性剂配比为： 60g的F68、30g的90F、10g的L61、其余为水。

本实施例，在碱除油水清洗后进行水膜连续性检测，零件表面形成连续水膜30S不破裂为除油合格，否则重新除油。

5、吹砂

当零件表面残留氧化膜较多、零件精度要求不高、表面粗糙度要求不高时采用吹砂处理。采用吹砂处理时，零件不进行酸洗和碱脱氧处理。

本实施例，采用水力吹砂或玻璃微球吹砂对零件表面进行处理，但要满足图纸尺寸、表面粗糙度的要求。吹砂前注意对非吹砂表面的隔离与防护。

水力吹砂按TY504SC0085生产说明书执行；玻璃微球吹砂按ZT504SC0053 生产说明书执行。玻璃微球喷砂主要用于表面粗糙度要求较高的零件表面，对于精度或有特殊要求的零件，可选用400目以上的玻璃微球喷砂。

6、酸洗

当待钝化工件材料为奥氏体不锈钢时采用氟硝酸溶液进行清洗。

采用氟硝酸溶液对待钝化工件进行清洗，所述氟硝酸溶液包括硝酸和氟化钠。氟硝酸溶液的成分及各成分浓度为：硝酸190ml/l～210ml/l、氟化钠20g/l～ 25g/l、去离子水。

酸洗的温度为55℃～65℃，时间4min～6min。

为防止强烈冷变形的奥氏体不锈钢在氟化钠—硝酸酸洗时发生过腐蚀，只有经检验证明零件在酸洗后无影响的情况下，采用这种方法。

7、碱脱氧

当待钝化工件材料为马氏体或铁素体不锈钢材料时采用氢氧化钠-葡庚糖酸钠溶液进行清洗。

采用氢氧化钠-葡庚糖酸钠溶液对待钝化工件进行脱氧。氢氧化钠-葡庚糖酸钠溶液的成分及浓度为：氢氧化钠300g/l±30g/l，葡庚糖酸钠50g/l～80g/l，去离子水。碱脱氧的温度为75℃～85℃。

8、钝化

采用硝酸溶液对待钝化工件进行钝化，在工件表面形成钝化层。采用体积比为1:1硝酸与去离子水，配制硝酸溶液；所述钝化温度为20～25℃、所述钝化时间为25～30min。

9、中和

采用碳酸钠溶液对钝化后的工件表面进行清洗，以中和残留的酸溶液。所述碳酸钠溶液的浓度为20～50g/l。

10、风干

采用气体吹拂，去除中和清洗后的工件表面残存的溶液。本实施例采用无油、无水的压缩空气吹干，温度不得超过70℃。压缩空气应满足TY504SC0104 表面处理车间用压缩空气的要求。干燥后的零件严禁赤手拿取，应戴洁净的纯棉布手套拿取。

11、除氢

强度值≥1050MPa的零件，钝化后经风干后在190℃±10℃除氢，除氢时间≥3h。零件经钝化处理后与除氢的时间间隔不允许超过24h。

12、补充处理

首先采用金属化学转化液与去离子水的混合液对风干后的工件进行浸泡，然后将浸泡之后的工件进行干燥；浸泡时，混合液温度为10～35℃，浸泡时间为1～1.5min，所述混合液的PH值为11.1～12.6，所述干燥温度为80～120℃、干燥时间为15～50min；对工件进行补充处理，用于对工件的表面钝化层进行再次氧化和封孔处理，提高钝化层的致密性。

本实施例的金属化学转化液为Bonderite S-FN 3000和Bonderite S-FN 3001。本实施例，金属化学转化液与去离子水配比为：Bonderite S-FN 3000 (200g/l～500g/l)、Bonderite S-FN 3000：Bonderite S-FN 3001≈10：1(体积比)、去离子水。

13、质量检验

进行以上工序后对零件进行质量检验，包括外观检验、耐蚀性检验、湿热试验。

外观检验要求为：目视检查复合钝化处理后的零件表面，应为银白色、灰白色或钢灰色。

a)允许缺陷：

1)允许焊接区域有轻微的颜色改变；

2)允许零件表面有轻微的颜色不均；

3)由于零件材料表面状态不同，同一零件上有不同的颜色和光泽。

b)不允许缺陷：

1)零件表面有挂灰；

2)零件窝槽、空腔内外表面不允许有滞留物；

3)零件表面有暴露的结晶组织和麻坑等过腐蚀现象。

耐蚀性检验要求为：按照GJB150.11A-2009军用装备实验室环境试验方法第11部分：盐雾试验，规定的试验程序和方法进行中性盐雾试验，采用单次循环周期48h(24h连续喷雾和24h干燥)，循环次数为2次/4天(96h)的试验程序。也可采用48h连续喷雾和48h干燥的试验程序。试验结束后试验件表面无锈蚀斑点为合格，零件加工边缘不作为检验依据。

湿热试验要求为按GJB150.9A-2009《军用装备实验室环境试验方法第9 部分：湿热试验》中规定的试验方法进行。

膜层完整性检验要求为在室温条件下将复合钝化后的零件浸入如下成分的试验溶液中，保持5分钟取出零件，检查其表面是否有沉积铜。或在被检零件表面滴1～2滴试液，5分钟后擦干试液，检查该处有无接触铜出现。该试验溶液的成分及浓度如下：

硫酸铜(CuSO4.5H2O)化学纯 浓度16g/l

硫酸(H2SO4比重1.84)化学纯 浓度4ml/l

去离子水 余量。